OnNousCacheTout... Index du Forum

OnNousCacheTout...
"Faits de société, politique, pouvoir, conspirations, mensonges et vérités..."

 FAQFAQ   RechercherRechercher   MembresMembres   GroupesGroupes   S’enregistrerS’enregistrer 
 ProfilProfil   Se connecter pour vérifier ses messages privésSe connecter pour vérifier ses messages privés   ConnexionConnexion 

Champs quantiques et inflation

 
Poster un nouveau sujet   Répondre au sujet    OnNousCacheTout... Index du Forum ->
Les forums
-> Cosmologie
Sujet précédent :: Sujet suivant  
Auteur Message
Marine
Administrateur

Hors ligne

Inscrit le: 11 Mar 2014
Messages: 3 412
Féminin Cancer (21juin-23juil) 蛇 Serpent
Point(s): 471

MessagePosté le: Lun 22 Sep 2014 - 09:16    Sujet du message: Champs quantiques et inflation Répondre en citant

Les champs véhiculent de l’énergie. Qualitativement, nous le savons car les champs accomplissent des choses qui requièrent de l’énergie, comme déplacer des objets – un trombone par exemple. Quantitativement, les équations de la théorie quantique des champs nous montrent comment calculer la quantité d’énergie associée à un champ à partir de la valeur numérique de celui-ci au point de l’espace considéré. Plus forte sera cette valeur, plus élevée sera l’énergie du champ. La valeur d’un champ peut varier d’un endroit à un autre, mais si elle devait être constante, c’est-à-dire avoir la même valeur en tout point, alors l’espace serait baigné d’une même énergie en tout point. L’idée géniale de Guth fut d’imaginer que de telles configurations de champ uniforme emplissent l’espace non seulement d’une énergie uniforme, mais également d’unepression négative uniforme. Et c’est ainsi qu’il a découvert un mécanisme physique produisant une gravitation négative.
Afin de comprendre pourquoi un champ uniforme crée une pression négative, imaginons tout d’abord une situation plus familière avec une pression positive : nous débouchons une bouteille de dom-pérignon. À mesure que nous remontons le bouchon, nous sentons la pression positive du dioxyde de carbone de ce merveilleux champagne, qui pousse le bouchon vers le haut de la bouteille, vers l’extérieur. Et nous pouvons vérifier directement que cette poussée vers l’extérieur extirpe une petite quantité d’énergie à notre breuvage. Que sont les petites vapeurs en volute qui se forment près du goulot après que nous avons extrait le bouchon ? Eh bien elles proviennent de l’énergie dépensée par le champagne pour pousser le bouchon vers l’extérieur, qui provoque une diminution de température et donc la condensation de vapeur d’eau, exactement comme le fait notre propre souffle par temps froid.
Remplaçons à présent notre champagne par quelque chose de moins festif mais plus pédagogique : un champ dont la valeur est uniforme en tout point à l’intérieur de la bouteille. Cette fois lorsque nous enlèverons le bouchon, cela ne se passera pas du tout de la même façon. En le faisant glisser vers l’extérieur, nous augmentons très légèrement le volume disponible pour le champ à l’intérieur de la bouteille. Un champ uniforme apportant une énergie identique en tout point, plus le volume disponible est grand, plus l’énergie totale contenue dans la bouteille est élevée. Si bien qu’à l’inverse de la bouteille de champagne, enlever le bouchon d’une bouteille pleine d’un champ uniforme en augmente l’énergie.
Comment est-ce possible ? D’où viendrait-elle, cette énergie ? Imaginons que le contenu de notre bouteille, plutôt que de pousser le bouchon vers l’extérieur, l’attire vers l’intérieur. Cela voudrait dire que nous devrons tirer pour extirper le bouchon, effort qui revient à transmettre l’énergie de nos muscles au contenu de la bouteille. Pour expliquer l’augmentation d’énergie de la bouteille, nous pouvons donc conclure que, contrairement au champagne qui pousse vers l’extérieur, le champ uniforme aspire vers l’intérieur. Voilà ce que qu’il y a derrière l’affirmation qu’un champ uniforme exerce une pression négative – et non positive.
Sans sommelier pour déboucher l’univers, la conclusion s’applique néanmoins : s’il existe un champ – celui de l’hypothétique inflaton – possédant une valeur uniforme dans toute une région de l’espace, alors celle-ci aurait non seulement une énergie positive constante, mais également une pression négative. Et nous savons désormais qu’une pression négative crée une gravitation répulsive, qui contribue à accélérer encore l’expansion de l’espace. Lorsque Guth a glissé dans les équations d’Einstein des valeurs numériques pour l’énergie et la pression de l’inflaton, cohérentes avec les conditions extrêmes des premiers instants, les calculs ont abouti à une gravitation répulsive phénoménale. Avec une intensité supérieure de plusieurs ordres de grandeur à la force répulsive imaginée par Einstein des années auparavant lorsqu’il avait badiné avec la constante cosmologique. L’expansion de l’espace correspondante serait spectaculaire. À lui seul, ce résultat était déjà merveilleux. Guth en découvrit en prime un autre incontournable.
Le raisonnement qui explique qu’un champ uniforme possède une pression négative s’applique tout aussi bien à laconstante cosmologique. Si la bouteille contient de l’espace vide doté d’une constante cosmologique, alors en enlevant le bouchon, l’espace additionnel que nous rendons disponible contribue à augmenter l’énergie de la bouteille. La source de cette énergie supplémentaire, ce sont nos muscles, qui ont dû s’opposer à une pression négative, dirigée vers l’intérieur, fournie par la constante cosmologique. Comme pour le champ uniforme, la pression négative uniforme de la constante cosmologique produit une gravitation répulsive. Mais en l’occurrence, ce qui nous intéresse, ce ne sont pas tant les similitudes que les différences entre constante cosmologique et champ uniforme.
Une constante cosmologique, ce n’est guère plus qu’un nombre fixe, constant, celui que nous avons ajouté sur la troisième ligne de notre déclaration de revenus pour la relativité générale, celui qui produit la même gravitation répulsive aujourd’hui qu’elle le faisait déjà voici des milliards d’années. En revanche, la valeur d’un champ peut généralement évoluer avec le temps. Lorsque nous allumons notre four à micro-ondes, nous faisons varier les valeurs du champ électromagnétique qui règne à l’intérieur. Lorsque le technicien fait passer une IRM à un patient, il ou elle fait varier le champ électromagnétique à l’intérieur de la cavité. Ce qu’a compris Guth, c’est qu’un champ d’inflaton qui régnerait dans tout l’espace ferait plus ou moins la même chose – s’enclencher d’un coup puis s’éteindre à nouveau –, ce qui permettrait à la gravitation répulsive de n’opérer que sur un court laps de temps. Et ça, c’est fondamental. Nos observations portent à croire que si expansion inflationnaire il y eut, alors celle-ci aurait forcément eu lieu il y a des milliards d’années, puis très vite laissé la place à l’expansion plus tranquille mise en évidence par nos mesures astronomiques. L’un des aspects essentiels du modèle inflationnaire réside donc dans le caractère éphémère de cette flambée de gravitation répulsive.
Les travaux initiés par Guth puis affinés par les contributions de Linde, Albrecht et Steinhardt expliquent le mécanisme physique qui permettrait d’enclencher puis éteindre l’expansion inflationnaire. Pour le comprendre, imaginons une balle ou, mieux ! imaginons Kung Fu Panda, qui est presque une boule finalement, perché en déséquilibre au sommet d’une montagne enneigée. Les physiciens diraient de lui, du fait de sa position, qu’il renferme de l’énergie. Plus précisément, il possède de l’énergie potentielle, ce qui signifie qu’il a emmagasiné une énergie prête à être libérée lorsqu’il va rouler jusqu’en bas et transformer cette énergie potentielle en énergie cinétique (l’énergie du mouvement). L’expérience le confirme, les lois de la physique l’expliquent, c’est un phénomène des plus élémentaires. Un système doté d’énergie potentielle profitera de n’importe quelle opportunité pour libérer cetteénergie. En gros, il tombe.
L’énergie que recèle un champ non nul est aussi une forme d’énergie potentielle, qui peut être libérée exactement de la même manière que celle de Kung Fu Panda. Lorsque celui-ci gravit la montagne, son énergie potentielle augmente en fonction de la forme de la pente – les passages les plus plats s’accompagnent d’une plus faible augmentation de l’énergie potentielle car l’altitude augmente peu, et les parties les plus pentues correspondent à de forts accroissements de l’énergie. De même, l’énergie potentielle d’un champ est décrite par la forme de sa « courbe d’énergie potentielle ». Cette courbe, dont un exemple est représenté sur la figure 3.1, détermine la manière dont varie l’énergie potentielle d’un champ en fonction de sa valeur.
Suivons le raisonnement des inventeurs de l’inflation et imaginons alors l’univers à ses tout débuts, l’espace uniformément rempli d’un champ d’inflaton, à une valeur qui le placerait tout en haut de sa courbe d’énergie potentielle. Imaginons également que cette courbe présente un plateau très peu incliné (comme sur la figure 3.1), qui permet à l’inflaton de s’attarder au sommet. Dans ces conditions, que se passe-t-il ?
Deux choses, toutes deux fondamentales. L’inflaton en équilibre sur le plateau baigne l’espace d’une énergie potentielle et d’une pression négative élevées, responsables de la flambée d’expansion inflationnaire. Mais tout comme notre panda libère son énergie potentielle en dévalant la pente, notre inflaton libère son énergie potentielle en laissant sa valeur en tout point dévaler la pente jusqu’aux valeurs les plus faibles. Puisque sa valeur diminue, l’énergie et la pression négative disparaissent, ce qui met fin à la période d’expansion fulgurante. Autre chose, tout aussi importante : l’énergie libérée par le champ d’inflaton n’est pas perdue. Elle se condense en un bain de particules uniforme qui remplit tout l’espace, à la manière dont la vapeur d’eau se condense en petites gouttelettes. Ce phénomène en deux étapes (expansion brève et rapide, puis condensation de l’énergie en particules) s’accompagne d’une magistrale (et uniforme) expansion d’un espace peuplé par la matière première des structures célestes que nous observons aujourd’hui, étoiles et galaxies.





L’énergie que renferme le champ d’un inflaton (axe vertical) en fonction des valeurs du champ (axe horizontal).


Les détails dépendent de facteurs que ni la théorie ni l’observation n’ont encore déterminés (la valeur initiale duchamp d’inflaton, la forme exacte de la pente d’énergiepotentielle, et ainsi de suite)5 mais dans les versions habituellement utilisées, les calculs montrent que l’énergie de l’inflaton dévalerait la pente en une minuscule fraction de seconde, de l’ordre de 10–35 s. Durant cet infime laps de temps, l’espace grossirait d’un facteur considérable, de l’ordre de 1030 voire davantage. Ces nombres sont si extrêmes qu’ils défient le sens commun. En guise d’analogie, disons qu’une région de l’espace de la taille d’un petit pois deviendrait plus vaste que l’univers observable, en un temps si court qu’un simple battement de cils durerait une éternité, un million de milliards de milliards de milliards de fois plus longtemps.
Aussi difficile à imaginer soit-il, ce modèle a ceci d’essentiel que la région de l’espace à l’origine de notre univers observable était si petite qu’elle a pu accéder facilement à une température uniforme avant de subir la flambée d’expansion et de devenir aussi vaste qu’elle l’est aujourd’hui. L’expansion inflationnaire ainsi que les milliards d’années d’évolution cosmologique ultérieure ont considérablement refroidi l’univers, mais l’uniformité de température établie à l’origine impose le résultat uniforme que nous observons aujourd’hui. Voilà qui résout le mystère de l’uniformité de l’univers. Avec l’inflation, une température uniforme à travers tout l’espace est inévitable
Revenir en haut
Visiter le site web du posteur
Publicité






MessagePosté le: Lun 22 Sep 2014 - 09:16    Sujet du message: Publicité

PublicitéSupprimer les publicités ?
Revenir en haut
Montrer les messages depuis:   
Poster un nouveau sujet   Répondre au sujet    OnNousCacheTout... Index du Forum ->
Les forums
-> Cosmologie
Toutes les heures sont au format GMT + 1 Heure
Page 1 sur 1

 
Sauter vers:  

Portail | Index | Creer un forum | Forum gratuit d’entraide | Annuaire des forums gratuits | Signaler une violation | Conditions générales d'utilisation
Powered by phpBB © 2001, 2005 phpBB Group
Traduction par : phpBB-fr.com